近日，山东大学空间科学与技术学院、空间科学研究院行星科学团队利用拉曼光谱技术分析了我国嫦娥六号返回的月壤样品，获得了月球背面南极-艾肯（South Pole–Aitken, SPA）盆地富镁辉石环的首份矿物学“月面真值”，填补了该区域岩性组成长期依赖遥感推测的研究空白，并为揭示月球背面壳幔的演化过程提供了直接的样品证据。研究成果以“Impact-induced mixing generated the stratified soils of the Lunar South Pole Aitken Basin”为题发表于Nature旗下期刊Communications Earth & Environment（中科院一区TOP期刊，影响因子8.953）。山东大学博士后曹海军为第一作者，凌宗成教授为该论文的通讯作者，山东大学为第一完成单位。

SPA盆地被认为是月球乃至太阳系类地行星上最大、最深、最古老的撞击盆地，如此巨大的撞击事件可能挖穿月壳并暴露出月幔等深部物质，因此SPA盆地在研究月球早期热演化、撞击过程和壳幔组成方面具有重大科学价值。根据月球轨道遥感探测研究，SPA盆地被划分为四个成分区，其中内部的“镁环”区域富含低钙辉石（图1），表现出与周围区域显著不同的富镁特征，但其矿物组成、岩石类型及成因长期存在争议。

图1 月球南极-艾肯盆地的地形高程和低钙辉石含量分布图

由于缺乏返回样品，关于SPA镁环的研究长期依赖月球遥感数据，相关解释存在较大分歧。2024年嫦娥六号任务首次从SPA盆地的Apollo盆地内部采回月壤样品，为揭示该区域物质成因提供了突破性的直接证据。研究团队采用激光显微拉曼光谱技术对嫦娥六号月壤进行了矿物学统计分析，识别出以斜长石、辉石为主（图2）的16种矿物，富含外来物质，但橄榄石和钛铁矿含量显著低于来自月球正面的嫦娥五号样品。返回的嫦娥六号月壤中约31–40%的物质主要源自位于SPA富镁辉石环的Chaffee S撞击坑溅射物，其成分为46.0–46.3 wt% SiO2、21.0–23.5 wt% Al2O3、6. 9–10.1 wt% FeO、9.9–11.0 wt% MgO、12.5 wt% CaO和Mg#63.7-74.0。综合元素和矿物组成分析，SPA镁环物质主要为斜长石（63–67%）和低钙辉石（25–27%）组成的亚铁苏长岩。相比SPA撞击熔融席形成的原始深成岩（~25%斜长石），镁环物质中斜长石含量明显更高，这揭示SPA撞击事件后期的重塑过程（如坑壁塌陷或其他盆地撞击物质回填）将61-63%的月壳物质混入原始苏长岩中，进而形成富含镁元素、斜长石矿物的富镁辉石环。

图2 嫦娥六号月壤的矿物组成

基于月壤光谱学和矿物学特征，团队提出了嫦娥六号着陆区的月壤撞击混合演化模型。该模型将月球背面年轻月海月壤的形成演化历程分为五个阶段（图3）：（1）28亿年左右的嫦娥六号玄武岩单元形成后发育出早期古月壤层；（2）远端撞击（如Chaffee S）将富镁苏长岩溅射至着陆区；（3）着陆区附近的多次次生撞击将溅射物粉碎，导致无定形玻璃堆积；（4）小型撞击事件持续补充粗粒物质并诱发低温冲击变质，促使月壤细粒化；（5）长期太空风化累积形成细粒物质、胶结玻璃和金属铁。

图3 嫦娥六号月壤的演化过程示意图

近年来，山东大学行星科学团队围绕深空探测国家战略需求，在行星遥感与光谱学、行星地质学、陨石学与天体化学、行星探测载荷技术等方面取得了一系列研究成果，已在Science、Nature Astronomy、Nature Communications、CEE、JGR、Icarus等期刊发表SCI论文200余篇。行星科学团队自2021年起代表山东大学向国家航天局申请嫦娥五号和六号月壤及探测数据开展研究，其中样品实验分析和着陆区遥感研究的相关论文已有23篇。团队先后承担了载人航天和深空探测国家重大专项、基金委重点、专项及面青等项目。以上研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。